Non-thermal X-rays and interstellar gas toward the γ-ray supernova remnant RX J1713.7-3946: Evidence for X-ray enhancement around CO and HI clumps
RX J1713.7-3946是最引人注目的甚高能γ射线超新星遗迹，它发射的同步辐射X射线没有热特征。为了更好地理解X射线与分子和原子气体之间的关系，我们对CO、HI和X射线进行了比较研究。结果表明，X射线增强周围的CO和HI团块的pc尺度上，但在0.1 pc尺度上的团块内减少。激波与分子和原子气体相互作用的磁流体动力学数值模拟表明，激波与团块之间的相互作用激发了湍流，从而放大了团块周围的磁场（Inoue等人，2012年）。我们认为，CO和HI团簇周围的放大磁场增强了同步加速器X射线，并可能加速宇宙射线电子。
2013-09-23 astro-ph.GA astro-ph.HE
Fermi LAT Observation of Diffuse Gamma-Rays Produced Through Interactions between Local Interstellar Matter and High Energy Cosmic Rays
本文报告了大口径望远镜在\textit{Fermi}任务中对第三象限中纬度地区（从$200\arcdeg$到$260\arcdeg$的银河经度$l$和从$22\arcdeg$到$60\arcdeg$的纬度$| b |$）的$γ$ -射线的观测。该地区不包含已知的大分子云，大部分氢原子位于太阳系1千秒差距以内。计算了$γ$射线点源和逆康普顿散射的贡献，并将其相减.在100 MeV ~ 10 GeV的能量范围内，剩余的$γ$射线强度与原子气柱密度呈线性关系.测得的积分$γ$射线发射率分别为100 MeV以上的$(1.63 \pm 0.05) \times 10^{-26} {\rm photons s^{-1} sr^{-1} H\mathchar`-atom^{-1}}$和300 MeV以上的$(0.66 \pm 0.02) \times 10^{-26} {\rm photons s^{-1} sr^{-1} H\mathchar`-atom^{-1}}$，附加系统误差为$\sim 10%$ .在100 MeV-10 GeV的差分发射率同意与直接测量的宇宙射线光谱的基础上，在10%的水平一致的计算。结果表明，在所研究的区域，距太阳系1千秒差距以内的宇宙线核谱与在地球上直接测量的$\sim 10%$以内的星际谱接近。
2009-08-26 astro-ph.GA astro-ph.HE
When Dark Matter interacts with Cosmic Rays or Interstellar Matter: A Morphological Study
在银河系中心区域的方向上，超过预期的漫射天体物理背景的过量发射已经在各种波长上被声称，从无线电到伽马射线。在被提倡用来解释这些观测结果的粒子模型中，有几个模型援引了暗物质粒子与普通物质（如宇宙射线、星际气体或自由电子）之间的相互作用。根据特定的星际物质粒子的种类和能量，这些模型预测了不同的形态特征。在这项研究中，我们做了详细的预测模型的形态，相关的电磁辐射是成比例的产品的暗物质密度分布和星际物质或宇宙射线的密度。我们比较预测的纬度和经度分布与观测，并提供了相关的空间模板。
2015-04-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Constraining the coherence scale of the interstellar magnetic field using TeV gamma-ray observations of supernova remnants
银河系的宇宙射线（CR）被认为是在超新星遗迹（SNR）的冲击加速。在强子的情况下，TeV的伽马射线发射从SNRs起源于衰变的π介子，产生于星际气体和CR的碰撞。使用CR-磁流体动力学模拟，我们表明，磁密度依赖的冲击加速是能够重现所观察到的TeV伽马射线形态的SNR，如船帆座小。和SN 1006单独通过改变磁性形态。这意味着伽马射线亮区是由准平行激波（即，当冲击波以与上游磁场成窄角度传播时），已知这能有效地加速CR质子，并且伽马射线暗区指向准垂直冲击波配置。模拟的伽马射线形态与观测结果的比较，使我们能够限制船帆座周围的磁相干尺度$λ_B$。以及SN 1006分别对应于$λ_B \simeq 13_{-4.3}^{+13}$ pc和$λ_B >200_{-10}^{+80}$ pc，其中SN 1006的环境磁场与大部分均匀一致。我们发现一致的纯强子和混合强子轻子模型，既再现多频谱从无线电TeV的伽马射线和匹配所观察到的伽马射线形态。最后，为了捕捉信噪比激波在云团星际介质中的传播，我们用数值模拟和解析方法研究了激波与稠密云团的相互作用。我们构建了一个解析的伽玛射线模型的核心崩溃SNR通过结构化星际介质传播，并表明伽玛射线光度只有30%的偏差为现实的参数。
2020-06-09 astro-ph.GA astro-ph.HE
A detailed study of the interstellar protons toward the TeV $γ$-ray SNR RX J0852.0$-$4622 (G266.2$-$1.2, Vela Jr.); a third case of the $γ$-rays and ISM spatial correspondence
我们提出了一个新的分析的星际质子对TeV $γ$射线SNR RX J0852.0 $-$ 4622（G266.2 $-$ 1.2，Vela Jr.）。我们使用NANTEN 2 $^{12}$ CO（$J$ = 1-0）和ATCA & Parkes HI数据集，以推导出与SNR的TeV $γ$射线壳层相关的分子和原子气体。我们发现，原子气体的速度范围从$V_\mathrm{LSR}$ = $-4$ km s $^{-1}$到50 km s $^{-1}$或60 km s $^{-1}$与整个SNR，而分子气体与SNR的有限部分。大的速度色散的HI归因于膨胀运动的几个HI壳重叠向SNR，但不是由于银河系的旋转。相关HI和分子气体的总质量估计分别为$\sim2.5 \times 10^4 $ $M_{\odot}$和$\sim10^3$ $M_{\odot}$。与H.E.S.S. TeV $γ$ -射线表明星际质子的平均密度约为100 cm $^{-3}$，并与TeV $γ$ -射线显示出良好的空间对应关系。总宇宙射线质子能量估计为强子$γ$ -射线产生的$\sim10^{48}$ erg，由于星际质子对SNR体积的填充因子很小，这可能仍然被低估了几个因子。这一结果提出了第三种情况下，RX J1713.7 $-$ 3946和HESS J1731 $-$ 347，TeV $γ$ -射线和星…
2017-10-07 astro-ph.GA astro-ph.HE
Molecular and atomic gas in the young TeV γ-ray SNRs RX J1713.7-3946 and RX J0852.0-4622; evidence for the hadronic production of γ-rays
星际分子云是恒星形成的场所，也是宇宙线质子通过强子过程产生γ射线的目标。星际原子气体包裹着分子云，其密度也可能足以影响γ射线的产生。在这一章中，我们将回顾星际气体在分子和原子两种形式下的一些基本性质。在此基础上，对两个TeV年轻的γ射线信噪比RX J1713.7-3946和RX J0852.0-4622进行了分析，发现它们的γ射线与星际质子具有良好的空间对应关系。这种良好的空间对应性为这些超新星核反应堆中γ射线的强子起源提供了支持。强调了分子氢和原子氢作为宇宙射线质子靶的作用。目标星际介质（ISM）质子的聚集分布在超新星激波与ISM的相互作用中是至关重要的，而具有均匀ISM分布的模型是不可行的。最后，提出了在局域ISM中，致密的无分子原子气体可能占据暗气体的主要部分。
2013-04-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Diffuse Galactic Gamma Rays from Shock-Accelerated Cosmic Rays
激波加速粒子通量\propto p^-s，其中p是粒子动量，这是从简单的理论考虑得出的，即在非相对论性激波下宇宙射线加速，然后依赖于刚性逃逸到星系晕中。当考虑核生产模型的不确定性时，s ~ 2.8的冲击加速宇宙射线质子通量提供了对高纬度和分子云气体的费米-LAT伽马射线发射谱的充分拟合。Neronov，Semikoz，& Taylor（PRL，108，051105，2012）在拟合高纬度分子云的伽马射线谱时声称宇宙射线质子谱的断裂是使用由动能的幂律描述的宇宙射线质子通量的结果。
2012-08-29 astro-ph.GA astro-ph.HE
Nuclear interactions of low-energy cosmic rays with the interstellar medium
动能低于每核子1 GeV的宇宙射线被认为在星际介质的化学和动力学中起着关键作用。它们也被认为负责轻元素Li、Be和B的核合成。然而，人们对低能宇宙射线的通量和成分知之甚少，因为太阳调制效应使得不可能在地球附近直接探测到这些粒子。我们首先讨论了轻元素给宇宙线研究带来的信息。然后，我们讨论了探测低能宇宙射线与星际核相互作用产生的核γ射线谱线发射的前景。
2011-09-08 astro-ph.HE
On the Physics Connecting Cosmic Rays and Gamma Rays: Towards Determining the Interstellar Cosmic Ray Spectrum
由于费米空间观测站上的大面积望远镜获得了对~50 MeV至~40 GeV的局部星际气体伽马射线发射率的高质量测量，次级核生产物理学正受到越来越多的关注。超过90%的1 GeV以上的气体相关发射率归因于宇宙射线和星际物质碰撞中形成的中性π介子衰变产生的伽马射线，轻子引起的过程在1 GeV以下变得越来越重要。根据两个物理问题重新研究了中性π介子产生和衰变的基本运动学：等压产生是否遵循标度行为？以及通过中间体π 0的产生而形成具有一定能量的伽马射线所需的最小质子动能是多少？发射率光谱将使星际宇宙射线光谱能够可靠地确定，为起源和传播研究以及太阳调制模型的输入提供参考。这种分析的方法和说明性的结果。
2013-03-26 astro-ph.HE
PeV neutrinos from interactions of cosmic rays with the interstellar medium in the Galaxy
本文对IceCube观测到的天文中微子信号的一部分--来自银河系内部的甚高能中微子信号进行了自洽解释。我们证明，在E>100 TeV的能量范围内的中微子通量的估计在于从银河脊的漫射伽马射线发射的光谱的高能量幂律外推，如费米望远镜所观察到的。这表明冰立方中微子和费米/LAT γ射线通量都是在宇宙射线与诺玛臂和/或银河棒中的星际介质相互作用中产生的。导致γ射线和中微子通量的宇宙射线具有硬谱特征，其斜率大于-2.4，截止能量大于10 PeV。
2014-05-30 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Weighing the Local Interstellar Medium using Gamma Rays and Dust
针对冷气体测量归一化不确定性大的问题，提出利用Fermi-LAT伽马射线数据测量总气体密度的新方法，精度与既往工作相当且系统误差独立，结果可覆盖顶尖实验的结果范围。
2023-01-30 astro-ph.GA astro-ph.HE
IMAGINE: A comprehensive view of the interstellar medium, Galactic magnetic fields and cosmic rays
在本白皮书中，我们介绍了IMAGINE联盟及其科学背景，目标和结构。我们的目的是协调和促进各种研究人员在星际介质、银河磁场和宇宙射线等广泛领域的努力，我们的目标是更全面地了解星际磁场的结构和作用及其与宇宙射线的相互作用。为了达到更高水平的自我一致性，深度和严谨性只能通过参与观测，理论和数值工作的天体物理学不同领域的专家的协调努力来实现。我们提出了我们对这一专题现状的看法，确定了其未解决的关键问题，并提出了一项将支持我们工作的战略。该联盟的骨干是星际磁场推理引擎，这是一个公开可用的贝叶斯平台，采用强大的统计方法来探索使用任何数量的模块化输入的多维似然空间。它提供了一个解释和建模框架，具有将各种观测、理论和数字证据纳入热和非热星际介质自洽和全面图像的能力和灵活性。一个重要的创新是，对直接或间接受银河磁场影响的现象，如超高能宇宙射线的偏转或河外背景的一致理解，成为建模的一个组成部分。IMAGINE联盟本质上是非正式的，对新的参与者开放，在此提出一个方法框架，用于模拟和理解银河磁场，可供所有研究依赖于最先进的解决方案的社区使用。（节录）
2018-09-06 astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Ray Interstellar Propagation Tool using Itô Calculus (criptic): software for simultaneous calculation of cosmic ray transport and observational signatures
我们目前的critic，宇宙射线星际传播工具使用伊藤演算，一个新的开源软件包，模拟宇宙射线通过星际介质的传播，并计算由此产生的可观测的非热发射。Criptic求解了描述宇宙射线在大于其俯仰角变得近似各向同性的尺度上的传输的福克-普朗克方程，并将其与能量范围为$\sim$ MeV至$\sim$ PeV的宇宙射线损失能量并产生发射的微观物理过程的丰富而准确的处理相结合。对于宇宙射线传输模型和宇宙射线穿过的背景等离子体的状态，批判者故意不可知。它可以解决其中宇宙射线流动、扩散或执行两者的任意组合的问题，并且描述这些传输过程的系数可以是背景等离子体状态、宇宙射线本身的性质以及宇宙射线场本身的局部积分（例如，局部宇宙射线压力或压力梯度）。代码使用混合OpenMP-MPI范式并行化，允许在现代超级计算机上利用多个核心和节点进行快速计算。在这里，我们描述了在代码中使用的数值方法，我们的微物理过程的治疗，以及一套代码的测试和验证，我们已经执行。
2022-09-19 astro-ph.GA astro-ph.HE
Erosion of Icy Interstellar Objects by Cosmic Rays and Implications for `Oumuamua
我们研究了宇宙射线和气体碰撞对冰质星际物体的破坏和改变。利用在本地星际介质中测量的宇宙射线通量以及从不同银河中心半径的伽马射线观测中推断的宇宙射线通量，我们发现宇宙射线侵蚀对于由常见类型的冰组成的星际物体是重要的。有趣的是，宇宙射线加热可能会非常有效地破坏冰冷的星际物体，因此，\citet{jackson2021}在解释“Oumuamua”的组成时提出的N $_2$碎片的初始大小至少应为0.5公里，以便在ISM中的大约0.5 Gyr的旅程中幸存下来，如果它起源于宇宙射线通量增强的区域，则可能更大。这意味着初始N $_2$质量至少比最终值大一个数量级，加剧了解释“Oumuamua”的N $_2$质量预算不足。由于宇宙射线加热和气体碰撞而产生的侵蚀时间也使我们能够对其他类型的冰质星际天体的初始大小设定近似的限制，例如由CO、CO $_2$或CH $_4$组成的天体。对于一个给定的初始大小，我们约束的最大距离的诞生地点的星际物体具有不同的速度。我们还发现，宇宙射线和气体加热可以在摧毁星际物体之前完全改变冰的结构。
2021-10-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Gamma Rays, Electrons, Hard X-Rays, and the Central Parsec of the Milky Way
银河系中心复杂的相互作用过程是过去、现在和（可能）未来众多谜团的核心。我们的目标是更全面地了解如何扩展到>10 TeV的光谱结果。我们首先建立一个简化的模型来解释强中心秒差距光子场的特殊能量和角度依赖性。这允许计算各向异性逆康普顿散射和映射由于伽马伽马-> e^+ e^-衰减的伽马射线消光。耦合这些与不断发展的电子光谱的方法，我们研究了几个明确的和目前的过剩，包括扩散的硬X射线所看到的NuSTAR和GeV伽马射线费米。我们解决进一步的应用，宇宙射线，暗物质，中微子和伽马射线从中心和超越。
2016-11-27 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Cosmic rays in early star-forming galaxies and their effects on the interstellar medium
具有强烈恒星形成的高红移星系是高能宇宙射线的来源。这些宇宙射线与银河系环境的重子和辐射场通过光对、光π介子和质子-质子过程相互作用，产生带电和中性π介子、中子和质子。因此，宇宙射线在传播时将能量储存在星际介质中。我们展示了如何超高能宇宙射线的能量传输和沉积是由星系的演化，特别是由银河系磁场的发展。我们展示了粒子驱动的能量沉积如何影响宿主及其周围环境的热演化。利用一个参数化的原星系模型，我们计算了当星系的磁场演化越来越限制宇宙射线时，对ISM的加热效应。
2017-08-22 astro-ph.HE
Local interstellar cosmic-ray spectra derived from gamma-ray emissivities
宇宙射线与星际气体相互作用产生的精确伽马射线发射率最近已经使用费米-LAT数据导出，并用于约束质子和轻子的局部星际光谱。我们报告的持续努力，利用这些发射率结合最新的强子γ射线生产截面和其他限制，如同步辐射的轻子分量。星际光谱为日光层调制、宇宙线起源和传播提供了重要信息。
2015-07-17 astro-ph.HE
Determining the Spectrum of Cosmic Rays in Interstellar Space from the Diffuse Galactic Gamma-Ray Emissivity
超过90%的银河系气体相关的伽马射线发射率高于1 GeV是由于中性π介子衰变形成的碰撞之间的宇宙射线和星际物质，轻子诱导的过程变得越来越重要低于1 GeV。鉴于费米空间天文台上的大面积望远镜对~50 MeV和~4 GeV之间的局部星际气体的伽马射线发射率进行了高质量的测量，现在是重新详细研究这一主题的时候了，包括强子产生机制。发射率光谱将使星际宇宙射线光谱能够可靠地确定，为起源和传播研究以及太阳调制模型的输入提供参考。这种分析的方法和说明性的结果。
2013-07-01 astro-ph.HE
Gamma rays from Galactic pulsars
年轻的超新星和毫秒级超新星的伽马射线被认为是高纬度地区{ \it Fermi}大面积望远镜（LAT）观测到的弥散伽马射线辐射的一部分。我们推导出的贡献，通过使用无线电伽马射线的信息，我们发现，它们只解释了一小部分的各向同性扩散的伽马射线背景的historars未检测到的对应。
2014-12-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmic Rays, Gamma rays, Neutrinos and Gravitational Waves
本文讨论了宇宙射线、γ射线和中微子通量的研究与新兴的引力波天文学的关系。
2017-07-10 astro-ph.HE
VERITAS contributions to CF6-A: Cosmic Rays, Gamma Rays and Neutrinos
本白皮书介绍了VERITAS伽马射线望远镜阵列对“宇宙前沿”工作组CF 6-A小组的贡献，该小组是2013年斯诺马斯社区夏季研究的一部分。
2013-04-24 astro-ph.HE
Cosmic Rays: What Gamma Rays Can Say
我们将回顾由于宇宙射线的加速和传播而产生的伽马射线辐射的主要通道，讨论银河系和河外宇宙射线的情况以及它们与伽马射线观测的联系。
2014-12-23 astro-ph.HE
Interstellar protons in the TeV gamma-ray SNR HESS J1731-347:Possible evidence for the coexistence of hadronic and leptonic gamma-rays
HESS J1731-347（G353.6-0.7）是TeV γ射线SNR之一，具有壳状结构。利用~（12）CO（J=1-0）和HI数据，对星际质子的信噪比进行了新的分析。结果表明，在-90 ~-75 km/s的速度范围内，TeV的γ射线壳层与星际质子有显著的空间相关性，对应的速度范围为~5.2 kpc，比之前的图3 kpc大2倍。星际质子的总质量估计为6.4x10^4 M_sun，其中25%是原子气体。我们已经确定了冷HI气体观察到的自吸收表现出显着的对应关系与东北伽玛射线峰。虽然SNR北部的星际质子和TeV伽马射线之间的良好对应支持了TeV伽马射线的强子方案，但SNR壳的南部显示出对应关系的中断;特别是SNR壳的西南边缘显示出星际质子的显着减少了2倍。我们认为，这种差异可以解释为由于轻子伽马射线，因为这个区域与发射非热射电连续辐射和非热X射线的亮壳层相吻合，这表明HESS J1713-347的伽马射线由强子和轻子分量组成。轻子贡献则相当于总伽马射线的~ 20%。假设总伽马射线的80%是强子起源的，宇宙射线质子的总能量在1 GeV - 100 TeV的伽马射线能量范围内估计为10^49 erg。
2014-05-11 astro-ph.HE
Low energy cosmic rays
低能宇宙射线（最高可达GeV能量域）在星际介质的致密相的物理和化学中起着至关重要的作用。与星际电离辐射不同，它们可以穿透大柱密度的气体，到达分子云的核心。通过维持一个小的但不可忽略的气体电离部分，它们决定了等离子体和磁场之间的耦合，这反过来又影响了云的动态演化，并影响了恒星和行星形成的过程。星际云中氢分子的宇宙射线电离也推动了丰富的星际化学，这是通过对电磁波谱的广泛区域（从亚毫米到可见波段）中的谱线的观测所揭示的。天体物理学各个分支的一些最新发展为我们提供了关于低能宇宙射线的前所未有的观点。对于非常局部的星际介质和遥远的星际云，现在都可以对这种粒子的强度进行精确的测量和限制。对这些最新数据的解释目前仍有争议，新出现的情况要求重新评估用来描述银河系中低能宇宙射线的起源和/或传输的情景。
2022-03-28 astro-ph.HE
PeV Gamma Rays from Interactions of Ultra High Energy Cosmic Rays in the Milky Way
本文计算了超高能宇宙射线在银河系中传播时与周围物质和辐射相互作用产生的PeV γ射线本底。如果初级超高能宇宙射线是从银河系的点源产生的，那么这些点源也会发射PeV的伽马射线。我们讨论，在未来的检测galactocentric PeV伽马射线将是一个签名的存在EeV宇宙加速器在银河系。
2011-10-24 astro-ph.HE
Galaxy Mergers as a Source of Cosmic Rays, Neutrinos, and Gamma Rays
我们研究了大质量星系合并或碰撞中粒子的激波加速，发现宇宙射线（CR）可以被加速到第二膝能~0.1-1 EeV甚至更高，其硬谱指数为Gamma ~ 2.这样的CR在合并冲击的动力学时间尺度内通过强子核相互作用失去能量，产生伽马射线和中微子作为副产品。如果约10%的激波耗散能量进入CR加速，一些局部合并星系将产生CTA可探测到的伽马射线对应物。此外，基于和谐宇宙学，其中很大一部分大质量星系在宇宙学时间尺度内经历了重大合并，中微子对应物可以构成冰立方探测到的各向同性背景的约20- 60%。
2014-07-09 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Imprints of Cosmic Rays in Multifrequency Observations of the Interstellar Emission
自从宇宙射线（CR）被发现以来，对它在银河系和日球层中传播的模拟取得了重大进展。然而，传播模型遭受许多参数的退化。更复杂的是，最近数据的精确性开始挑战现有的模型。为了解决这些问题，我们使用现有的多频观测的星际辐射从无线电到伽马射线，连同直接CR测量，研究本地星际光谱（LIS）和传播模型。结果表明，在不考虑太阳调制的情况下，电子激光干涉系统的特性得到了很好的描述，并提出了较好的传输模型。更准确地说，我们的分析得出了以下主要结论：（1）电子注入谱至少需要在几个GeV以下的中断;（2）即使与直接CR测量一致，产生具有从几百MeV到几个GeV的大全电子密度的LIS的传播模型也不受射电和γ射线观测的青睐;（3）在考虑太阳调制后，直接的CR测量代表了我们~1 kpc区域的质子LIS的通常假设受到了观测到的局部γ射线HI发射率的挑战。我们提供由此产生的质子LIS，全电子LIS和传播参数，基于同步加速器，伽马射线，和直接CR数据。提出了一个简单的扩散模型和一个试探性的扩散-再加速模型。各种型号的研究在银河系内区域的X射线和伽马射线。预测未来的伽马射线仪器（e-ASTROGAM和AMEGO）的星际发射。
2018-04-18 astro-ph.HE
On TeV Gamma Rays and the Search for Galactic Neutrinos
冰立方中微子的发现为回答高能天体物理学中长期存在的问题提供了一个机会。为了中微子本身及其与其他过程的关系，理解银河系产生的中微子是很重要的，它应该伴随着伽马射线的通量。检查费米TeV数据，并应用其他限制，直到>1 PeV，冰立方通量的银河部分似乎不太可能很大，尽管可能在某种程度上存在。我们解决Sgr A*，其中TeV-PeV中微子可能超过伽马射线，由于伽马-伽马不透明性，以及进一步的影响，包括暗物质和宇宙射线电子。
2015-11-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
On the Detectability of Galactic Dark Matter Annihilation into Monochromatic Gamma-rays
单色伽马射线被认为是确定暗物质湮灭的确凿证据。然而，单色伽马射线的通量通常被虚拟量子效应抑制，因为暗物质应该是中性的，并且不与伽马射线直接耦合。本文研究了未来天基探测器对单色γ射线的探测策略。在假设超对称中性伴子是典型的暗物质候选者的情况下，计算了单色γ射线通量。我们讨论了聚焦于银河系中心的探测和从整个星系晕探测γ射线的扫描模式进行了比较。用解析法和快速蒙特卡罗法研究了探测器在不同能量、不同角分辨率、不同视场、不同背景抑制效率条件下探测单色γ射线的性能。
2010-08-12 astro-ph.HE
Magnetohydrodynamic turbulence and propagation of cosmic rays: theory confronted with observations
宇宙线的传播是由星际湍流的性质决定的。星际介质的多相性和驱动机制的多样性导致了湍流特性的空间变化。与此同时，精密的天体粒子实验对传统的宇宙射线（CR）均匀和各向同性输运理论提出了挑战。在粒子输运和星际湍流研究相互碰撞的背景下，我们为CR传播研究开辟了一个新的领域。在这里，我们回顾了我们最近的发展的理解磁流体动力学（MHD）湍流及其连接的基本过程，宇宙射线传播，粒子输运的不同制度，这是增强与观测发现和分析，从多波长观测。
2021-09-18 astro-ph.GA astro-ph.HE physics.plasm-ph
Solid State Astrophysics: Probing Interstellar Dust and Gas Properties with X-rays
星际介质中气体和尘埃（固体和复杂分子）的丰度以及它们的组成和结构影响着几乎所有的天体物理学。从恒星形成到恒星风再到星系形成的基本过程都与金属的数量成比例。然而，在绝对和相对丰度以及这些丰度如何随环境变化方面仍然存在重大的不确定性，例如，恒星光球与星际介质（ISM）。虽然紫外线，光学，红外线和无线电研究已经大大提高了我们对ISM气体和尘埃的理解，但它们不能在所需的整个柱密度范围内提供统一的结果。相比之下，X射线将在宽范围的柱密度（log NH=20-24 cm^-2）下穿透冷（3 K）到热（100，000，000 K）宇宙中的气体和尘埃，留下反映组成气体的单个原子的光谱特征、分子或固体。* 因此，X射线是一种强大而可行的资源，可用于深入研究相对未开发的区域，以确定气体丰度和尘埃性质，例如通过吸收研究确定成分，电荷状态，结构和数量，以及通过散射晕确定分布。
2009-02-26 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Contribution of Stellar Flares to the Diffuse Component of Galactic Gamma-Rays
众所周知，弥散γ射线是银河系宇宙射线与恒星物质碰撞产生的（早川-莫里森假说）。本文试图估计恒星耀斑在银河γ射线漫射分量中的低能分量的贡献。银河系γ射线废用成分的高能部分可能反映了银河系宇宙射线的功率谱，γ = -2.75（微分）。在银盘和凸起中，有超过1000亿颗恒星。它们可能经常产生耀斑，并由耀斑产生高能宇宙射线，能量范围为100 MeV ~ 1 TeV，功率指数γ = -3.75（微分）。本文试图估算恒星耀斑对γ射线漫射分量的贡献。
2009-09-07 astro-ph.HE
Improved Modeling of the Discrete Component of the Galactic Interstellar Gamma-ray Emission and Implications for the Fermi-LAT Galactic Center Excess
本文通过改进H2代理模型来更准确地建模银道面伽马射线离散辐射，发现其显著贡献于Fermi-LAT数据并与已知源关联，为区分银心超出信号的点状或平滑起源提供了新方法。
2022-06-06 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
X-rays, gamma-rays and neutrinos from collisoinless shocks in supernova wind breakouts
我们表明，一个无碰撞的冲击必然形成的冲击爆发的超新星（SN）所包围的光学厚风。在软X射线爆发发射的同时和之后，产生了<~ MeV伽马射线、硬X射线和多TeV中微子的强烈非热闪光，其携带的能量与软发射相似或更大。这种非热闪光可以用目前的X射线望远镜探测到，也可以用千米级的中微子望远镜探测到10兆秒差距。
2011-06-09 astro-ph.HE
Tests of Lorentz Invariance Violation with Gamma Rays to probe Quantum Gravity
我们讨论了用现在和将来的地基γ射线观测站观测到的γ射线进行洛伦兹不变性检验的前景。
2013-05-01 astro-ph.HE
Neutrinos And Cosmic Rays From Gamma Ray Bursts
IceCube合作组最近报道的来自伽马射线暴（GRB）的超高能中微子通量的上限与基于GRB火球模型的预测相矛盾，但并不排除GRB是超高能宇宙射线的主要来源。
2012-05-17 astro-ph.HE
Cosmic connections: from cosmic rays to gamma rays, to cosmic backgrounds and magnetic fields
来自伽马射线望远镜和宇宙射线探测器的综合数据产生了一些关于星系际和星系磁场以及河外背景光的令人惊讶的新见解。本文综述了最近的一些进展，包括解释遥远耀变体硬光谱的理论和基于远源光谱的星系际磁场测量。此外，我们还讨论了银河系中的瞬变源，如过去的伽马射线暴和超新星爆炸，对观测到的超高能宇宙线核通量的可能贡献。对伽马射线、宇宙射线和磁场进行整体治疗的必要性是这些看似无关的现象的统一主题。
2012-07-16 astro-ph.HE
Diffusion of Cosmic Rays in a Multiphase Interstellar Medium Swept-Up by a Supernova Remnant Blast Wave
超新星遗迹（SNRs）是最具能量的天体物理事件之一，被认为是银河系宇宙射线（CR）的主要来源。费米卫星最近的一份观测报告显示，信噪比的伽马射线谱中存在π介子衰变的特征。这提供了强有力的证据表明，高能质子在SNR中被加速。π介子衰变的实际γ射线辐射应取决于CR在星际介质中的扩散。为了定量分析从加速站点的高能量CR的扩散，我们已经进行了CR质子的测试粒子数值模拟使用三维磁流体动力学（MHD）模拟的星际介质被冲击波扫起。我们分析了在我们模拟的信噪比中几个pc量级的CRs的扩散，发现CRs的扩散精确地由Bohm扩散描述，这是有效加速所需的，至少对于实际的星际介质，能量超过30 TeV的粒子。虽然我们在模拟中发现了超扩散过程（传播距离与t^0.75成正比）的可能性，但在SNR中湍流的长度尺度上，它对CR扩散的影响是有限的。
2015-06-16 astro-ph.HE
Gamma-rays from the compact colliding wind region in Cyg OB2 #5
在这方面的贡献，我们模拟的非热辐射（从无线电到伽马射线）产生的紧凑的（和最近检测到的）碰撞风区的多恒星系统天鹅座OB2 #5。我们把我们的研究集中在所产生的伽马射线的可探测性上。
2012-10-10 astro-ph.HE
Pulsar-wind nebulae in X-rays and TeV gamma-rays
脉冲星被认为是一种高效的加速器，可以产生大量的相对论性粒子，并将它们注入银河系介质。这种脉冲星风发出的辐射可以通过伽马射线从无线电中看到，作为脉冲星风星云（PWN）。本文综述了近几年来PWNe的X射线和TeV观测研究进展。
2010-04-09 astro-ph.HE
Observation of Galactic Cosmic Rays and Gamma Rays with the High Altitude Water Cherenkov Observatory
高海拔水切伦科夫天文台（HAWC）正在对北半球100 GeV至100 TeV之间的宇宙射线和伽马射线进行无偏调查。HAWC是目前唯一一个运行中的高分辨率宽场TeV天文台，并有一个强大的程序来搜索耀斑和其他伽马射线的瞬态源。该探测器也非常适合于观察伽马射线发射和宇宙射线各向异性的空间扩展区域。HAWC最近结束了其第一年的数据采集与完整的探测器。结果不仅包括许多已知的TeV点源的观测，而且还包括来自银河系物体的扩展发射，如Geminga超新星遗迹。这些结果对宇宙射线数据中观察到的几种天体物理异常的起源有影响，例如地球上银河系正电子过剩。我们将描述HAWC的结果，重点是对宇宙射线和银河系伽马射线源的观测。
2017-01-22 astro-ph.HE
Absorption of high-energy gamma rays in Cygnus X-3
微类星体天鹅座X-3是由伽马射线太空望远镜AGILE和费米探测到的。伽马射线发射是短暂的，随轨道周期调制，似乎与主要的射电耀斑有关，即与相对论性喷流有关。GeV的伽马射线通量可以通过周围X射线的内部吸收而大大衰减。在这项研究中，我们定量地研究了天鹅座X-3的对生产的影响，并限制了伽马射线源的位置。天鹅座X-3在X射线中表现出复杂的时间和光谱模式。在伽马射线耀斑期间，X射线辐射可以近似为明亮的盘状黑体成分和在硬X射线中延伸的非热尾，可能与盘上方的日冕有关。本文用数值方法计算了标准吸积盘上方伽马射线的精确光学厚度。电晕的发射和吸收也进行了研究。GeV的伽马射线被吸积盘内部发射的软X射线显著吸收。吸收模式复杂且各向异性。伴星风中汤姆逊散射导致的X射线各向同性倾向于增加伽马射线的不透明度。来自日冕的伽马射线被来自圆盘的光子强烈吸收，无法解释观测到的高能发射，除非日冕被不切实际地延伸。在GeV辐射中缺乏吸收特征表明，高能伽马射线应该位于距离致密物体至少10^8-10^10 cm的位置。伽马射线的发射不太可能来自日冕。
2011-03-20 astro-ph.HE
High-Energy Gamma Rays from the Milky Way: Three-Dimensional Spatial Models for the Cosmic-Ray and Radiation Field Densities in the Interstellar Medium
星际起源的高能伽马射线是由宇宙射线（CR）粒子与银河系中弥漫的气体和辐射场相互作用产生的。这种发射的主要特点是很好地理解和复制现有的CR传播模型采用2D Galactocentric圆柱对称几何。然而，来自费米大面积望远镜等仪器的高质量数据显示，在几到几十度的尺度上，模型预测存在重大偏差，这表明需要包括银河系螺旋结构的细节，因此需要三维空间建模。在本文中，从银河系的高能星际辐射计算使用新版本的GALPROP代码采用三维空间模型的CR源和星际辐射场（ISRF）的密度。CR源的空间分布的三个模型被用来区分其相对比例的输入光度归因于平滑盘或螺旋臂。两个ISRF模型的基础上开发的恒星和尘埃的空间密度分布从文献再现当地的近远红外观测。星际发射模型，包括臂和隆起的CR源和ISRF密度提供合理的物理解释的功能，发现在残留的地图从高能伽马射线数据分析。CR和ISRF密度的3D模型提供了一个更现实的基础，可用于解释来自银河系的非热星际发射。
2017-08-02 astro-ph.HE
Pulsar Wind Nebulae from X-rays to VHE gamma-rays
扩展的VHE（TeV）源与脉冲星的合理关联的数量一直在稳步增长，这表明其中许多源是脉冲星风星云（PWNe）。本文综述了近几年来PWNe的X射线和TeV观测的最新进展，并总结了它们的性质。
2012-07-06 astro-ph.HE
Cosmic Rays, Gamma-Rays, and Neutrinos in the Starburst Nuclei of Arp 220
Arp 220是最近的超亮红外星暴星系，其核心为研究极端条件下宇宙射线的相互作用提供了机会。在本文中，我们模拟的宇宙射线的人口产生的超新星在中央分子区的两个星暴核。我们发现，约65 - 100%的宇宙射线被吸收在这些地区，由于其巨大的分子气体含量，因此，Arp 220的核几乎完成质子量能器。当宇宙射线质子与星际介质碰撞时，它们会产生次级电子，这些电子也包含在系统中，并辐射出同步辐射。利用模型和观测到的射电谱能量分布之间的卡方检验结果，我们预测了出射γ射线和高能中微子谱，并发现磁场在毫高斯水平。由于极强的远红外辐射场，伽马射线谱在TeV能量处由于伽马-伽马吸收而显著变陡。
2015-07-27 astro-ph.HE
Interplay between Escaping Cosmic Rays and Interstellar Medium: Driving of Galactic Winds and Shaping the Local Proton Spectrum
Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo（东京大学宇宙射线研究所）；Department of Physics, Graduate School of Science, Nagoya University（名古屋大学理学研究科物理学系）
研究逃逸宇宙射线对星际介质的影响，通过球对称的CR-流体动力学模拟，探讨CR能量谱、辐射冷却和热传导的演化，揭示CR加热对超新星残骸观测的潜在影响，并提出对本地质子谱的解释。
2026-04-06 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Probing Cosmic Accelerators Using VHE Gamma Rays and UHE cosmic rays
在几类银河系和河外天体物理源中观测到的$γ$射线发射似乎与吸积黑洞和旋转动力中子星有关。这些系统是巨大的宇宙加速器，也是几个实验探测到的UHE宇宙射线和VHE中微子的潜在来源。我们回顾了我们对这些物体的理解的最新进展，并展示了如何利用最近和未来的观测来探测源中的条件。
2009-02-18 astro-ph.HE
The Fermi-LAT view of cosmic rays and interstellar gas in the Cygnus region: a not so special spot of the Local Arm
天鹅座地区的主机最显眼的恒星形成区域靠近太阳，嵌入在一个巨大的复杂的分子云在本地手臂。我们提出了一个分析的费米-LAT观测天鹅座打算探测宇宙射线和星际物质的内容。根据伽马射线数据，我们估计在距离1.4 kpc的复合体中，星际气体的总质量为（8 + 5 - 1）x 10^6太阳质量。来自原子气体的伽马射线发射支持来自无线电吸收/发射对的平均HI自旋温度，以估计其柱密度。在大质量天鹅座复合体中得出的X（CO）= N（H2）/W（CO）比值与其他LAT对本地和英仙座臂云的估计一致。暗气体的质量，逃脱HI和CO观测，但被尘埃和伽马射线追踪，占总量的10%。我们发现，在0.1 - 100 GeV能带中，每个星际H原子的平均γ射线发射率与本地臂其他部分的测量结果非常一致。尽管天鹅座存在潜在的加速器，而且与太阳系相比，天鹅座的星际密度要大得多，但沿着本星系臂，平均超过几百秒差距的射线密度和光谱是相当均匀的它们的宇宙射线数量在这样的尺度上是相似的。
2011-10-31 astro-ph.HE
Prospects for future very high-energy gamma-ray sky survey: impact of secondary gamma rays
遥远耀变体的甚高能伽玛射线测量结果可以很好地解释为由超高能宇宙射线诱发的级联发射的次级伽玛射线。次级伽马射线将使人们能够用未来的地面伽马射线望远镜（如切伦科夫望远镜阵列（CTA））探测到大量的耀变体。我们表明，二次发射过程将允许CTA检测100，130，150，87，和8个耀变体以上30 GeV，100 GeV，300 GeV，1 TeV，和10 TeV，分别到$z\sim8$假设星系际磁场（IGMF）强度$B=10^{-17}$ G和无偏的全天巡天与0.5小时曝光在每个视场，其中，总观测时间为$\sim540$ hr。在$B=10^{-15}$ G的情况下，这些数字为79、96、110、63和6，直至$z\sim5$。这一大量的源统计数据将是次级伽马射线情景的明确证据，也是从统计学上研究IGMF的新关键。我们还发现，更广泛和更浅的调查是有利于检测更多和更高的红移源，即使我们考虑到二次伽马射线。
2013-12-12 astro-ph.HE
Gamma Rays from the Tycho Supernova Remnant: Leptonic or Hadronic?
最近费米和VERITAS对原型Ia超新星遗迹（SNR）第谷的观测发现了能量E在~0.4 GeV到10 TeV之间的伽马射线。银河系宇宙射线起源理论的关键是，来自SNR的伽马射线是由加速的强子（质子和离子）还是由相对论电子产生的。在这里，我们表明，宽带辐射光谱的第谷可以解释的两区轻子模型的框架内，这是可能适用于每一个SNR。强子模型也可以拟合辐射谱。伽马射线的强子起源可以通过费米光谱测量第谷和其他SNR在能量低于~300 MeV的证实。
2011-11-17 astro-ph.HE
Revisiting the propagation of highly-energetic gamma rays in the Galaxy
该研究通过模拟发射100GeV至100PeV伽马射线的银河源，探究传播效应对观测的影响，发现能谱吸收特征和方向偏转现象，其影响与源位置及辐射模型相关，可提升伽马射线探测和暗物质搜索的稳健性。
2025-04-17 astro-ph.HE
Gamma-Gamma Absorption in Gamma-Ray Burst Environments
伽马射线暴（GRB）是宇宙中最猛烈的爆炸，主要表现为明亮的伽玛射线短暂闪光。长伽马射线暴最有可能与一颗超大质量恒星的暴死有关。因此，它们被认为起源于最近或正在形成的恒星区域，其中有各种明亮的年轻恒星，例如OB协会。伽马射线暴是由星载伽马射线望远镜在MeV-GeV能量下探测到的，但也可能发射更高能量的伽马射线（甚高能伽马射线：E > 100 GeV），如纳米比亚的高能立体系统（H.E.S.S）等地面切伦科夫望远镜设施所观测到的。VHE伽马射线可以被低能光子通过对产生吸收，而伽玛暴附近的恒星提供了密集的辐射环境，这可能导致这种吸收。我们已经调查了有代表性的伽玛暴环境，并提供了一个估计的不透明度，伽玛射线吸收VHE伽玛射线从伽玛暴。我们发现，对于可能的性质的OB协会周围的伽玛射线暴的祖细胞，伽马-伽马吸收预计可以忽略不计。
2017-04-24 astro-ph.HE
Detection of Gamma Rays From a Starburst Galaxy
星暴星系的中心区域超新星爆发率非常高，超新星的残余物被认为可以将高能宇宙射线加速到约10^15 eV。我们报告了用H.E.S.S.探测到的伽马射线--这种宇宙射线的示踪物--来自星爆星系NGC 253。成像大气切伦科夫望远镜阵列。220 GeV以上的伽马射线通量为F =（5.5 +/- 1.0stat +/- 2.8sys）x 10^-13 ph. s-1 cm-2，这意味着宇宙射线的密度比银河系中心的密度大3个数量级。在这个星暴环境中，宇宙射线能量转化为伽马射线的比例是我们银河系的5倍。
2009-09-25 astro-ph.HE
Gamma-rays from pulsar wind nebulae in starburst galaxies
最近，已经从星爆星系NGC253探测到TeV能量的伽马射线发射（Acero等人，2009）和M82（Acciari等人，2009.有人声称，观测到的伽马射线是由超新星遗迹中加速的宇宙射线与星际气体相互作用产生的。在这里，我们表明，伽玛射线脉冲星风星云留下的超新星有助于TeV的光度在一个主要的方式。一个脉冲星风星云在10^5年的寿命中，在能量超过1 TeV时，产生的总光度约为太阳的10倍。在一个典型的星暴星系中，在4百万秒差距的距离上，大量的3 × 10^4脉冲星风星云很容易产生观测到的TeV伽马射线。
2012-03-13 astro-ph.HE
